Silnik liniowy: rodzaje, urządzenie, zalety i wady

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-02-19 18:17

Inline Silnik spalinowy jest jednym z najprostszych silników. Jednostki te nazywane są takimi, ponieważ cylindry są ułożone w rzędzie. Tłoki wprawiają w ruch jeden wał korbowy, gdy silnik pracuje. Silnik rzędowy był jednym z pierwszych montowanych w samochodach. Zostały zaprojektowane i zbudowane u zarania motoryzacji.

Jak to się wszystko zaczęło?

Przodkiem nowoczesnego rzędowego silnika spalinowego był silnik jednocylindrowy. Zaprojektowany i zbudowany przez Etienne'a Lenoira w 1860 roku. Powszechnie przyjmuje się, że tak jest, chociaż próby uzyskania patentu na ten silnik były podejmowane jeszcze przed Lenoirem. Ale to właśnie jego rozwój jest jak najbardziej zbliżony do tych projektów, które są obecnie instalowane pod maskami większości budżetowych seryjnych samochodów osobowych.

Silnik miał tylko jeden cylinder, a jego moc była równa 1,23 koni mechanicznych, ogromnej jak na tamte czasy. Dla porównania współczesna „Oka” 1111 ma dwa cylindry, a jej moc wynosi od 30 do 53 koni mechanicznych.

Większy i potężniejszy

Pomysł Lenoira okazał się genialny. Wielu inżynierów i wynalazcówspędził lata i wysiłek starając się ulepszyć silnik tak bardzo, jak to możliwe (oczywiście na poziomie możliwości technicznych, które istniały w tym czasie). Główny nacisk położono na zwiększenie mocy.

Na początku uwaga koncentrowała się na pojedynczym cylindrze - próbowano zwiększyć jego rozmiar. Wtedy wszystkim wydawało się, że zwiększając rozmiar, można uzyskać więcej mocy. A wzrost głośności był wtedy najłatwiejszy. Ale jeden cylinder nie wystarczył. Musiałem znacznie zwiększyć resztę detali - korbowód, tłok, blok.

Wszystkie te silniki okazały się bardzo niestabilne, miały dużą masę. Podczas pracy takiego silnika wystąpiła ogromna różnica czasu między cyklami zapłonu mieszanki. Dosłownie każdy szczegół w takim urządzeniu trząsł się i trząsł, co zmuszało inżynierów do wymyślenia rozwiązania. I wyposażyli system w balanser.

Ślepy zaułek

Wkrótce stało się jasne dla wszystkich, że badania osiągnęły ślepy zaułek. Silnik Lenoira nie mógł działać normalnie i poprawnie, ponieważ stosunek mocy, masy i rozmiarów był straszny. Potrzeba było dużo dodatkowej energii, aby ponownie zwiększyć objętość cylindra. Wielu zaczęło rozważać zawalenie się pomysłu stworzenia silnika. A ludzie nadal jeździliby konno i wozami, gdyby nie jedno rozwiązanie techniczne.

Konstruktorzy zaczęli zdawać sobie sprawę, że można obracać wałem korbowym nie tylko jednym tłokiem, ale kilkoma jednocześnie. Najprościej było wyprodukować silnik rzędowy - dodali jeszcze kilka cylindrów.

Świat mógł zobaczyć pierwszą czterocylindrową jednostkę pod koniec XIX wieku. Nie da się porównać jego mocy z nowoczesnym silnikiem. Jednak pod względem wydajności był wyższy niż wszyscy jego poprzednicy. Moc została zwiększona dzięki zwiększonej objętości roboczej, czyli przez dodanie cylindrów. Dość szybko specjaliści z różnych firm byli w stanie stworzyć wielocylindrowe silniki do 12-cylindrowych potworów.

Zasada działania

Jak działa ICE? Oprócz tego, że każdy silnik ma inną liczbę cylindrów, silnik rzędowy z sześcioma lub czterema cylindrami działa w ten sam sposób. Zasada opiera się na tradycyjnych cechach każdego silnika spalinowego.

Wszystkie cylindry w bloku są ułożone w jednym rzędzie. Wał korbowy, napędzany tłokami ze względu na energię spalania paliwa, jest jedynym dla wszystkich części grupy cylinder-tłok. To samo dotyczy głowicy cylindrów. Jest to jedyny dla wszystkich cylindrów. Ze wszystkich istniejących silników rzędowych można wyróżnić konstrukcje zbalansowane i niezrównoważone. Poniżej rozważymy obie opcje.

Saldo

Jest to ważne ze względu na złożoną konstrukcję wału korbowego. Konieczność wyważania zależy od liczby cylindrów. Im więcej ich w danym ICE, tym większy powinien być bilans.

Niezrównoważony silnik może być tylko takim projektem, w którym nie ma więcej niż czterech cylindrów. W przeciwnym razie podczas pracy pojawią się wibracje, których siła będzie w stanie zniszczyć wał korbowy. Nawet tanie silniki sześciocylindrowez balanserem będą lepsze niż drogie czwórki rzędowe bez wałków balansujących. Tak więc, aby poprawić równowagę, rzędowy silnik czterotłokowy może czasami wymagać również zainstalowania wałów uspokajających.

Pozycja silnika

Tradycyjne jednostki czterocylindrowe są zwykle montowane wzdłuż lub poprzecznie pod maską samochodu. Ale sześciocylindrową jednostkę można montować tylko wzdłużnie i nic więcej (z wyjątkiem niektórych modeli Volvo i samochodów Chevrolet Epica).

Rzędowy silnik spalinowy, który ma asymetryczną konstrukcję w stosunku do wału korbowego, ma również pewne cechy. Często wał jest wykonany z odlewów kompensacyjnych - odlewy te muszą tłumić siłę bezwładności wynikającą z pracy układu tłokowego.

Inline-six już dziś cieszy się mniejszą popularnością - wszystko to z winy znacznego zużycia paliwa i dużych gabarytów. Ale nawet pomimo długiego bloku cylindrów silnik jest doskonale wyważony.

Wady i zalety jednostki

Poza kilkoma niuansami, rzędowe silniki spalinowe mają te same zalety i te same wady, co większość silników widlastych i innych konstrukcji. Czterocylindrowy silnik jest najczęstszy, najprostszy i najbardziej niezawodny. Masa jest stosunkowo lekka, koszty naprawy stosunkowo niskie. Jedyną wadą jest brak wałków wyważających w konstrukcji. To najlepszy silnik spalinowy do nowoczesnych samochodów, nawet klasy średniej. Istnieją również silniki rzędowe o małej pojemności z mniejszą ilościąliczba cylindrów. Na przykład dwucylindrowy ekonomiczny SeAZ Oka 1111.

Sześciocylindrowe jednostki mają idealną równowagę i tutaj brak „czwórki” jest kompensowany. Ale za równowagę trzeba zapłacić. Dlatego pomimo znacznie lepszych charakterystyk w porównaniu do „czwórki”, te silniki spalinowe z rzędowym układem cylindrów w silniku są mniej powszechne. Wał korbowy jest długi, koszt produkcji dość wysoki, a wymiary stosunkowo duże.

Ograniczenia techniczne

Teraz to nie jest XIX wiek, ale nowoczesnym blokom energetycznym wciąż daleko do technicznej doskonałości. I tu nie pomogą nawet nowoczesne turbiny i wysokooktanowe paliwo. Sprawność silnika spalinowego wynosi około 20%, a cała pozostała energia jest zużywana na tarcie, bezwładność i detonację. Tylko jedna piąta benzyny lub oleju napędowego pójdzie na użyteczną pracę.

Opracowaliśmy już podstawowe właściwości silników o największej sprawności. Jednocześnie komory spalania i grupa tłoków mają znacznie mniejsze objętości i wymiary. Dzięki kompaktowym rozmiarom części mają mniejszą bezwładność - zmniejsza to prawdopodobieństwo uszkodzenia w wyniku detonacji.

Cechy konstrukcyjne kompaktowych tłoków wprowadzają pewne ograniczenia. Przy wysokim stopniu kompresji, ze względu na małe rozmiary, przenoszenie ciśnienia tłoka na korbowód jest zmniejszone. Jeśli tłoki mają większą średnicę, ze względu na ogromną złożoność niemożliwe jest uzyskanie dokładnej wyważonej pracy. Nawet nowoczesny silnik BMW je posiadaniedociągnięcia, chociaż został opracowany przez niemieckich inżynierów.

Wniosek

Niestety, budowa silników osiągnęła swój limit technologiczny. Jest mało prawdopodobne, aby naukowcy dokonali poważnych odkryć technicznych i osiągnęli większą wydajność silnika spalinowego. Więc wszyscy mają nadzieję, że nadejdzie era pojazdów elektrycznych.